(57)【要約】  回折光学素子の不要次数の光によるフレアの少ない顕微鏡光学系を提供する。  回折光学素子ＧＤを有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズＯＬと、この対物レンズＯＬからの略平行光束を集光して物体の像を結像する第二対物レンズＩＬと、を有する顕微鏡対物レンズＭＳは、結像に回折光学素子ＧＤのｍ次光を使用する場合に、光軸上に位置する物体から出た最大ＮＡの光が回折光学素子ＧＤに入射して当該回折光学素子ＧＤから射出するｍ±１次光の光が第二対物レンズＩＬに入射する角度をθとし、この第二対物レンズＩＬへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］としたとき、次式【数１２】2012026379.tif 000014の条件を満足する。
2012026379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、
前記対物レンズからの略平行光束を集光して前記物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、
結像に前記回折光学素子のｍ次光を使用する場合に、光軸上に位置する前記物体から出た最大ＮＡの光が前記回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する前記ｍ次光とは異なる次数の光が前記第二対物レンズに入射する角度をθとし、前記第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］としたとき、次式
【数１０】
2012026379.tif 000012
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡光学系。
【請求項２】
回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、
前記対物レンズからの略平行光束を集光して前記物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、
光軸上に位置する前記物体から出た最大ＮＡの光が前記回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する回折光のうち、結像に使用する次数の光の射出角度と不要次数の光の射出角度との差をδθとし、前記結像に使用する次数の光の射出する高さをｈ、射出する角度をθｄｏｅとし、前記第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］とし、前記対物レンズを構成するレンズのうち前記回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、次式
【数１１】
2012026379.tif 000013
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡光学系。
【請求項３】
前記回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡光学系。
【請求項４】
前記回折光学素子は、異なる屈折率を有する樹脂層同士の接合面に回折格子パターンが形成されており、前記樹脂層の各々は平面基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系。
【請求項５】
前記対物レンズを構成するレンズのうち前記回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群は、負の屈折力を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系。
【請求項６】
物体を載置するステージと、
前記物体を照明する照明光学系と、
前記物体からの光を集光して当該物体の像を結像する請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系と、を有することを特徴とする顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡光学系、及び、この顕微鏡光学系を用いた顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡光学系に回折光学素子を用いると、従来技術と比較して色収差補正などに優位点があり、光学性能が高く、低コストな顕微鏡対物レンズが設計可能である。しかし、このような回折光学素子を顕微鏡光学系に用いると、結像に寄与する次数の光だけでなく、その他の次数の光（以下、「不要次数の光」と呼ぶ）が顕微鏡対物レンズを透過するため、フレアが発生してしまう。このような回折光学素子における不要次数の光によるフレアを目立たなくするためには、像面における不要次数の光のスポットを大きくすれば良いことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２５７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、顕微鏡光学系の対物レンズに回折光学素子を用いる場合には、この顕微鏡光学系の特徴を考慮した設計をしないと、回折光学素子の不要次数の光によるフレアを効果的に抑えることができないという課題があった。【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、回折光学素子の不要次数の光によるフレアの少ない顕微鏡光学系、及び、この顕微鏡光学系を用いた顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、第１の本発明に係る顕微鏡光学系は、回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、この対物レンズからの略平行光束を集光して物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、結像に回折光学素子のｍ次光を使用する場合に、光軸上に位置する物体から出た最大ＮＡの光が回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出するｍ次光とは異なる次数の光が第二対物レンズに入射する角度をθとし、第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］としたとき、次式
【数１】
2012026379.tif 000003
の条件を満足することを特徴とする。【０００７】
また、第２の本発明に係る顕微鏡光学系は、回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、この対物レンズからの略平行光束を集光して物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、光軸上に位置する物体から出た最大ＮＡの光が回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する回折光のうち、結像に使用する次数の光の射出角度と不要次数の光の射出角度との差をδθとし、結像に使用する次数の光の射出する高さをｈ、射出する角度をθｄｏｅとし、第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］とし、対物レンズを構成するレンズのうち回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、次式
【数２】
2012026379.tif 000004
の条件を満足することを特徴とする。【０００８】
また、このような顕微鏡光学系において、回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子であることが好ましい。【０００９】
また、このような顕微鏡光学系において、回折光学素子は、異なる屈折率を有する樹脂層同士の接合面に回折格子パターンが形成されており、樹脂層の各々は平面基板上に配置されていることが好ましい。【００１０】
このような顕微鏡光学系において、対物レンズを構成するレンズのうち回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群は、負の屈折力を有することが好ましい。【００１１】
また、本発明に係る顕微鏡システムは、物体を載置するステージと、この物体を照明する照明光学系と、物体からの光を集光して当該物体の像を結像する上述の顕微鏡光学系のいずれかと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を以上のように構成すれば、回折光学素子の不要次数の光によるフレアの少ない顕微鏡光学系及び顕微鏡システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】顕微鏡光学系の構成を説明するための説明図である。
【図２】対物レンズを構成する回折光学素子及び第２レンズ群と第二対物レンズとの関係を示す説明図である。
【図３】顕微鏡システムの構成を説明するための説明図である。
【図４】第１実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図５】第１実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【図６】第２実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図７】第２実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【図８】第３実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図９】第３実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【図１０】第４実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図１１】第４実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【図１２】第５実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図１３】第５実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【図１４】第６実施例に係る顕微鏡光学系の構成を示すレンズ構成図であって、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は対物レンズを示し、（ｃ）は第二対物レンズ及びプリズムを示す。
【図１５】第６実施例に係る顕微鏡光学系のスポットダイアグラムであって、（ａ）は０次光を示し、（ｂ）は２次光を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
顕微鏡光学系では、暗視野照明の使用でフレアが目立ちやすいという問題がある。一方、照明系まで含んだ光学系であるため、非常に明るい光源が視野内外にあり、フレア源になるということはない。しかしながら、この顕微鏡光学系に回折光学素子を使用した場合、通常の多重反射によるフレア以外に回折光学素子の不要次数の光が問題となる。このような不要次数の光によるフレアは、その次数の回折効率でフレア光量が決まり、結像面でのスポットの大きさにより照度が決まる。したがって、回折光学素子を使用した顕微鏡光学系では、結像に寄与する使用次数の光の回折効率を高め、不要次数の光によるフレアのスポットを大きくする必要がある。
【００１５】
一般に顕微鏡光学系では、無限遠系の対物レンズにより物体からの光束を略平行光束にし、第二対物レンズにより結像する。この第二対物レンズの結像位置にＣＣＤカメラを配置すれば画像取得可能で、接眼レンズを配置すれば目視観察が可能であり、画像取得と目視観察の切り替えが可能となっている。このような顕微鏡光学系においては、暗い物体の観察には撮像時間を長く調整できるＣＣＤカメラを利用する方が適しているが、反面、フレアが問題になりやすい。なお、顕微鏡光学系は拡大系であるため、物体高は小さく、この物体高が異なっていても、対物レンズ中の光路の差は小さい。そのため、回折光学素子によるフレアを考える場合、軸上物体光だけを考えて問題はない。
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１に示す顕微鏡光学系ＭＳに基づいて説明を行う。この顕微鏡光学系ＭＳは、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズＯＬと、この略平行光束を集光して物体の像を結像する第二対物レンズＩＬと、を有して構成される。また、対物レンズＯＬは、物体からの光を集光して収束光束にした後、この収束光束を略平行光束にするように構成されており、物体からの光が収束光束となっている位置に回折光学素子ＧＤが配置されている。そのため、以降の説明では、回折光学素子ＧＤよりも物体側にあるレンズで構成されるレンズ群を第１レンズ群Ｇ１と呼び、回折光学素子ＧＤよりも像側にあるレンズで構成されるレンズ群を第２レンズ群Ｇ２と呼ぶ。
【００１７】
回折光学素子ＧＤ（回折光学面）は、負の分散値（後述する実施例ではアッベ数＝−３．４５３）を有し、分散が大きく、また異常分散性（後述する実施例では部分分散比（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）＝０．２９５６）が強いため、強力な色収差補正能力を有している。光学ガラスのアッベ数は、通常３０〜８０程度であるが、上述のように回折光学素子のアッベ数は負の値を持っている。換言すると、回折光学素子ＧＤの回折光学面は分散特性が通常のガラス（屈折光学素子）とは逆で光の波長が短くなるに伴い屈折力が小さくなり、長い波長の光ほど大きく曲がる性質を有している。そのため、通常の屈折光学素子と組み合わせることにより、大きな色消し効果が得られる。したがって回折光学素子ＧＤを利用することで、通常の光学ガラスでは達し得ない良好な色収差の補正が可能になる。
【００１８】
図１に示すように、回折光学素子ＧＤで発生した不要次数の光の結像面でのスポットを大きくするためには、第二対物レンズＩＬへの入射角θを大きくすれば良いことが分かる。対物レンズＯＬと第二対物レンズＩＬとの間は略平行系なので、軸上物体から出た光の場合、第二対物レンズＩＬに対する入射角はほぼ０°である。また、この顕微鏡光学系ＭＳの像側開口数（ＮＡ）が大きいほど明るい像が結像されるためフレアは目立ちにくくなる。
【００１９】
この図１に示す顕微鏡光学系ＭＳにおいて、軸上物体から放射された光のうち、最大ＮＡの光線により回折光学素子ＧＤで発生した不要次数の光の第二対物レンズＩＬに対する入射角をθとし、第二対物レンズＩＬの焦点距離をｆ２としたとき、その不要次数の光により像面に形成されるスポットの光軸からの高さは、ｆ２ｔａｎθで表される。発明者の試作結果として、像側ＮＡが０．０１５の場合に、顕微鏡に通常求められる解像度を有した光学系で物体からの光を集光した場合、像面上での不要次数の光によるスポットを半径２．０ｍｍ程度まで大きくすれば、フレアが目立たないことが分かっている。そのため、最大ＮＡの光線による不要次数の光の第二対物レンズＩＬへの入射角θが次式（ａ）を満たせば良いことがわかる。
【００２０】
【数３】
2012026379.tif 000005
【００２１】
ここで、式（ａ）中のＮＡは像側のＮＡである。
【００２２】
また、この式（ａ）を第二対物レンズＩＬへの入射瞳の直径Ｄ［ｍｍ］（Ｄ＝２×ｆ２×ＮＡ）で表すと、次式（１）として表現される。すなわち、不要次数の光がこの条件式（１）で示される入射角θで第二対物レンズＩＬに入射すれば、ＮＡ＝０．０１５の場合、そのスポットの半径は２．０ｍｍ以上となり、フレアを目立たなくすることができる。なお、不要次数の光とは、回折光学素子ＧＤから射出する回折光のうち、この顕微鏡光学系ＭＳで物体の結像に用いる次数以外の次数の光である。そのため、結像に用いる回折光をｍ次光とすると、不要次数の光は、ｍ−１次光や、ｍ＋１次光として表すことができる。また、ｍ次光よりも次数の差が大きいｍ−２次光やｍ＋２次光は、ｍ−１次光やｍ＋１次光よりも更に大きく光路が異なっているため、ｍ−１次光やｍ＋１次光よりも大きなスポット径となる。そのため、本発明ではｍ次光に最も近い回折光となるｍ−１次光及びｍ＋１次光について説明し、それよりもｍ次光との差が大きな回折光による像はより大きなスポットになることが自明なため、詳細な説明は省く。
【００２３】
【数４】
2012026379.tif 000006
【００２４】
図２に示すように、回折光学素子ＧＤより像側にあるレンズで構成されるレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）の焦点距離をｆ１とし、軸上物体から出た最大ＮＡの光線が回折光学素子ＧＤに入射してこの回折光学素子ＧＤから射出する回折光のうち、結像に使用される次数の光の射出角度をθｄｏｅとし、この最大ＮＡの光線が回折光学素子ＧＤを射出する高さをｈｄｏｅとすると、この回折光学素子ＧＤから射出される光束はｈｄｏｅ／ｔａｎ（θｄｏｅ）だけ離れた点（図２に示すＡ点）に焦点があり、また、対物レンズＯＬと第二対物レンズＩＬとの間は平行系であるので、Ａ点は第２レンズ群Ｇ２の焦点位置となる。
【００２５】
顕微鏡光学系ＭＳでは、回折光学素子ＧＤより像側のレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）は、負の屈折力を有することが多く、その場合、Ａ点は、焦点距離ｆ１を有するレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）にとって虚像位置となる。このとき、不要次数の光による光線（図２に示すように、結像光線とは角度δθ異なるとする）のＡ点における光線高ｈ′は、次式（ｂ）で表される。
【００２６】
【数５】
2012026379.tif 000007
【００２７】
また、対物レンズＯＬを構成するレンズ群のうち、回折光学素子ＧＤより像側に配置されたレンズにより構成されるレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）を射出する不要次数の光による光線の射出角、すなわち、第二対物レンズＩＬに対する入射角θは、次式（ｃ）のように表される。
【００２８】
【数６】
2012026379.tif 000008
【００２９】
以上より、式（ｃ）で表されるθを式（１）に代入すると、次式（２）のようになり、像側ＮＡが０．０１５の顕微鏡光学系１において、像面上での不要次数の光によるスポットを半径２ｍｍ程度まで大きくするためには、この式（２）を満足すれば良いことが分かる。
【００３０】
【数７】
2012026379.tif 000009
【００３１】
しかしながら、第２レンズ群Ｇ２による結像は全く収差補正されていない。そのため、近軸の関係式から導いた式（ｂ）や式（ｃ）による表記と実際の光線追跡結果の間にはずれが生じる。第二対物レンズＩＬへの入射角は一般的には式（ｃ）よりも大きくなる傾向があり、１０％程度補正した方が式（１）と式（２）との間の整合性が良くなる。よって、上記式（２）を次の式（２′）に補正する方が望ましい。
【００３２】
【数８】
2012026379.tif 000010
【００３３】
なお、物体側のある一点からの光束が、結像面で一点に集光された場合、そのときの結像面上における単位面積当たりの光量は、スポット面積に反比例するので、ｍ次光とは異なる回折次数の光による明るさは、結像面でのスポット面積に反比例する。すなわち、ｍ次光とは異なる回折次数の光による明るさは、結像面でのスポット径の二乗に反比例して暗くなる。ゆえに、回折光学素子ＧＤにより発生したフレア光自体が結像面において、暗くなる。
【００３４】
回折光学素子ＧＤを、対物レンズＯＬの物体に近い位置に配置すると、この対物レンズＯＬを通過する光束が広がっている場所に配置されることになり、回折光学素子ＧＤへの入射角が大きくなり易く、回折効率上不利である。また、対物レンズＯＬの中間部の光束が略平行に近い場所に回折光学素子ＧＤを配置すると、光束が広いため高次の収差が発生し易く望ましくない。そのため、上述したように、回折光学素子ＧＤより像側のレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）の屈折力が負となるように対物レンズＯＬを構成することにより、この第２レンズ群Ｇ２の物体側の、対物レンズＯＬを通過する光束が収束している位置に回折光学素子ＧＤを配置することが望ましい。
【００３５】
このような顕微鏡光学系ＭＳにおいて、全体のフレアの光量は回折光学素子ＧＤの回折効率で決まるので、回折効率を高くすることは重要である。回折光学素子ＧＤの回折効率が落ちる要因としては、次の３点が挙げられる。すなわち、第１に、回折光学素子ＧＤの回折光学面を通過する光の波長がブレーズ波長と異なる場合、第２に、回折光学素子ＧＤの回折光学面への入射角がブレーズ条件とは異なる場合、第３に、回折光学素子ＧＤの回折光学面の形状がブレーズ形状からずれている場合である。第３の要因は回折光学面の製造上の形状誤差の問題であるが、第１及び第２の要因は一定の波長域や視野を確保するためには必然的に生じる問題である。この場合、回折光学素子ＧＤを密着複層型の回折光学素子とすることで、上記問題を解決することができる。
【００３６】
密着複層型の回折光学素子は、次式（ｄ）をおおよそ満たすような異なる２つの光学材料を用い、その２つの光学材料の接合面に回折格子パターンを設けて回折光学面を構成している。なお、２つの光学材料のうち、一方の光学材料の媒質のｄ線、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率をそれぞれｎ1d、ｎ1F、ｎ1Cとし、他方の光学材料の媒質のｄ線、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率をそれぞれｎ2d、ｎ2F、ｎ2Cとする。
【００３７】
【数９】
2012026379.tif 000011
【００３８】
この密着複層型の回折光学素子は、ｇ線からＣ線を含む広波長域において回折効率を高くすることができる。したがって、本実施形態に係る顕微鏡光学系ＭＳに用いられる対物レンズＯＬは広波長域において利用することが可能となる。なお、回折効率は、透過型の回折光学素子において一次回折光を利用する場合、入射強度Ｉ０と一次回折光の強度Ｉ１との割合η（＝Ｉ１／Ｉ０×１００［％］）を示す。また、密着複層型の回折光学素子は、回折格子パターンが形成された２つの回折素子要素をこの回折格子パターン同士が対向するように近接配置してなるいわゆる分離複層型の回折光学素子に比べて製造工程を簡素化することができるため、量産効率がよく、また光線の入射角に対する回折効率が良いという長所を備えている。したがって、密着複層型の回折光学素子ＧＤを利用した本実施の形態に係る対物レンズＯＬでは、製造が容易となり、また回折効率も良くなる。
【００３９】
また、この密着複層型の回折光学素子ＧＤの回折格子の回折格子パターンは、平面基板上に配置された回折素子要素の接合面に形成されている。このように平面基板上に回折素子要素を配置して回折格子パターンを形成することでも、球面等に形成する場合に比べて回折格子パターンの形成が非常に容易になり、正確な回折格子パターンが得られやすくなっている。
【００４０】
上述のような本実施の形態に係る顕微鏡光学系ＭＳは、図３に示すような顕微鏡システム１に用いられている。図３において、顕微鏡システム１は、試料Ｓを含むプレパラート２を観察するものであり、第１光源装置６と、第２光源装置７と、対物レンズ８（ＯＬ）と、第二対物レンズ９（ＩＬ）とからなる顕微鏡光学系ＭＳと、この顕微鏡光学系ＭＳで結像された像からの光束を使用者の眼球に導く接眼光学系１１と、プレパラート２を支持しながら移動可能なステージ１０と、を含む。このステージ１０を対物レンズ８の光軸方向に移動することで合焦動作が行える。もちろん、別途焦点検出機構を設け、その焦点検出機構からの出力に基づいて、ステージ１０の移動量を制御しても良い。また、この顕微鏡システム１は、ボディ１５を備えており、第１光源装置６、第２光源装置７、対物レンズ８、第二対物レンズ９、及び、ステージ１０のそれぞれは、このボディ１５に支持されている。
【００４１】
なお、この顕微鏡システム１は、第１光源装置６から射出された光を用いてプレパラート２を照明する第１照明光学系（透過照明光学系）１７と、第２光源装置７から射出された光を用いてプレパラート２を照明する第２照明光学系（落射照明光学系）１８を備えている。ここで、第２光源装置７から射出された光は、対物レンズ８も第２照明光学系１８の一部となっており、光路合成部材１６により第２光源装置７からの光を対物レンズ８に導く。この光路合成部材１６は、対物レンズ８の光軸及びその近傍が透明で、外周部分に反射膜が形成されたミラーを採用しても良いし、ハーフミラーを採用しても良い。前者の場合は、暗視野観察が可能となる。後者の場合は、落射照明で明視野観察が可能となる。
【００４２】
また、対物レンズ８及び第二対物レンズ９により結像された像が形成される位置に、撮像手段を搭載していても良い。もちろん、図示しない光路分割手段により、対物レンズ８からの光束を分割し、別途第二対物レンズを設けて、この第二対物レンズにより像が形成される位置に撮像手段を搭載しても良い。また、この顕微鏡システム１は、正立顕微鏡でも倒立顕微鏡でも良い。さらに、第１光源装置６と第２光源装置７はいずれか一方でも良い。
【実施例】
【００４３】
以下に、本実施の形態に係る顕微鏡光学系ＭＳの６つの実施例を示すが、各実施例において、回折光学素子ＧＤに形成された回折光学面の位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（ｄ）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては、回折光学面を超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（ｄ）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線を選んでいる。本実施例において用いられたこれらｄ線、Ｃ線、Ｆ線及びｇ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した超高屈折率法の計算に用いるための屈折率の値を次の表１に示す。【００４４】
（表１）
波長            屈折率（超高屈折率法による）
ｄ線     587.562ｎｍ     10001.0000
Ｃ線     656.273ｎｍ     11170.4255
Ｆ線     486.133ｎｍ      8274.7311
ｇ線     435.835ｎｍ      7418.6853【００４５】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（頂点曲率半径）をｒとし、定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＡnとしたとき、以下の式（ｄ）で表される。なお、以降の実施例において、「Ｅ−ｎ」は「×１０-n」を示す。【００４６】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ×ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ2×ｙ2＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8            （ｄ）【００４７】
なお、各実施例において、回折光学面が形成されたレンズ面には、表中の面番号の右側に＊印を付しており、非球面式（ｄ）は、この回折光学面の性能の諸元を示している。【００４８】
［第１実施例］
まず、第１実施例として図４に示す顕微鏡光学系ＭＳ１について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ１は、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と両凸レンズＬ４とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とを接合した接合レンズから構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ８、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ９，Ｌ１０、及び、平板状の光学ガラスＬ１１がこの順で接合され、光学部材Ｌ９，Ｌ１０の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹レンズＬ１２と両凸レンズＬ１３と両凹レンズＬ１４とを接合した接合レンズで構成される。また、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ１５と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１７と両凹レンズＬ１８とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。また、プリズムＰＲは光路長のみを考慮しており、実形状を表しているわけではない（以降の実施例においても同様である）。【００４９】
このように図４に示した第１実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ１の諸元を表２に示す。なお、この表２において、ｆは対物レンズＯＬの全系の焦点距離を示し、ｆ１は対物レンズＯＬを構成する第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ２は第二対物レンズＩＬの全系の焦点距離を示し、βは倍率を示し、ＮＡは対物レンズＯＬと第二対物レンズＩＬとを組み合わせた光学系の物体側と像側の開口数を示し、ｄ０は物体面から最初のレンズ（正メニスカスレンズＬ１）の物体側のレンズ面（第１面）の頂点までの光軸上の距離を示し、Ｄは第二対物レンズＩＬへの入射瞳の直径を示し、ｈｄｏｅは軸上物体から出た最大ＮＡの光線が回折光学素子ＧＤを射出する高さを示し、θｄｏｅは軸上物体から出た最大ＮＡの光線が回折光学素子ＧＤを射出する角度を示す（結像に寄与する１次の回折光が射出する角度とする）。また、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号を、第２欄ｒは各光学面の曲率半径を、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（面間隔）を、第４欄ｎｄはｄ線に対する屈折率を、そして、第５欄νｄはアッベ数をそれぞれ示している。ここで、第１欄ｍに示す各光学面の番号（右の＊は回折光学面として形成されているレンズ面を示す）は、図４に示した面番号１〜２９に対応している。また、第２欄ｒにおいて、曲率半径0.000は平面を示している。また、回折光学面の場合は、第２欄ｒにベースとなる非球面の基準となる球面の曲率半径を示し、超高屈折率法に用いるデータは非球面データとして諸元表内に示している。また、第４欄ｎｄにおいて、空気の屈折率1.000は省略してある。また、第５欄νｄは、Ｆ線に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線に対する屈折率をｎＣとして、νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される。さらに、この表２には、上記条件式（１）及び（２）に対応する値、すなわち、条件対応値も示している。この諸元表の説明は以降の実施例においても同様である。【００５０】
なお、以下の全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、対物レンズの焦点距離ｆその他長さの単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。【００５１】
（表２）
ｆ＝4
ｆ１＝-22.4
ｆ２＝200
β＝50x
ＮＡ（物体側）＝0.8
ＮＡ（像側）＝0.016
ｄ０＝3.38
Ｄ＝6.4
ｈｄｏｅ＝6.1
θｄｏｅ＝8.0[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1     -4.220     4.00      1.903      35.7
2     -5.421     0.20
3    -47.354     4.00      1.603      65.5
4    -12.900     0.20
5     85.133     1.10      1.517      52.4
6     12.610     8.00      1.498      82.5
7    -16.869     0.20
8     30.992     5.35      1.640      60.1
9    -17.900     1.20      1.738      32.3
10      9.973     5.60      1.498      82.5
11    -32.895     3.00
12      0.000     2.50      1.517      64.1
13      0.000     0.06      1.528      34.7
14      0.000     0.00  10001.000      -3.5
15*     0.000     0.06      1.557      50.2
16      0.000     3.00      1.517      64.1
17      0.000    16.10
18    -67.221     1.70      1.652      58.5
19     12.651     2.70      1.717      29.5
20     -9.076     1.25      1.517      52.3
21      8.270    91.00
22     75.043     5.10      1.623      57.0 
23    -75.043     2.00      1.750      35.2 
24   1600.580     7.50
25     50.256     5.10      1.668      42.0 
26    -84.541     1.80      1.613      44.4 
27     36.911     5.50
28      0.000    30.00      1.569      56.0 
29      0.000   143.81
回折光学面データ
第１５面    κ＝1    Ａ2＝-5.9524E-08    Ａ4＝3.8419E-10
Ａ6＝-4.8802E-12    Ａ8＝6.5871E-15
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝0.74[°]    ｜θ｜（２次）＝0.72[°]
右辺  ＝0.54[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.37[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.37[°]
右辺  ＝0.27[°]
（２′）右辺  ＝0.25[°]【００５２】
なお、表２に示した条件対応値は、結像光として１次の回折光を使用し、不要次数の光を０次及び２次の回折光として求めている。このように、第１実施例では上記条件式（１）及び（２）を全て満たしていることが分かる。また、以降の実施例も同様に、結像光として１次の回折光を使用している。【００５３】
図５に、この第１実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。なお、この図５に示すスポットダイアグラムにおいて、Ｂは物体高を示している（以降の実施例においても同様である）。この図５に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが１．９ｍｍ以上あるため、第１実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ１は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。【００５４】
［第２実施例］
次に、第２実施例として図６に示す顕微鏡光学系ＭＳ２について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ２も、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凸レンズＬ３と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４とを接合した接合レンズ、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ８と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９とを接合した接合レンズから構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、平板状の光学ガラスＬ１３がこの順で接合され、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹レンズＬ１２、及び、両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４とを接合した接合レンズから構成される。さらに、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ１５と両凹レンズＬ１６とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１７と両凹レンズＬ１８とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。【００５５】
このように図６に示した第２実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ２の諸元を表３に示す。なお、表３に示す面番号は、図６に示した面番号１〜３３と一致している。【００５６】
（表３）
ｆ＝1.33
ｆ１＝-4.83
ｆ２＝200
β＝150x
ＮＡ（物体側）＝0.9
ＮＡ（像側）＝0.006
ｄ０＝2.95
Ｄ＝2.387
ｈｄｏｅ＝4.50
θｄｏｅ＝15.60[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1     -5.290     3.50      1.804      39.6
2     -5.030     0.15
3    -18.200     2.90      1.603      65.5
4     -9.566     0.15
5     27.978     6.20      1.498      82.6
6    -12.264     1.30      1.569      56.0
7    -19.297     0.20
8     30.758     5.60      1.498      82.6
9    -13.300     1.00      1.673      38.2
10     12.192     6.70      1.498      82.6
11    -14.331     0.15
12     21.570     4.70      1.498      82.6
13    -10.130     1.00      1.804      39.6
14    -89.173     0.70
15      0.000     2.50      1.517      64.1
16      0.000     0.06      1.528      34.7
17      0.000     0.00  10001.000      -3.5
18*     0.000     0.06      1.557      50.2
19      0.000     3.00      1.517      64.1
20      0.000    12.00
21     -6.151     1.70      1.517      52.4
22      6.151     3.00
23     -4.178     1.00      1.734      51.5
24      6.681     2.20      1.785      25.6
25     -7.986   121.00
26     75.043     5.10      1.623      57.0 
27    -75.043     2.00      1.750      35.2 
28   1600.580     7.50
29     50.256     5.10      1.668      42.0 
30    -84.541     1.80      1.613      44.4 
31     36.911     5.50
32      0.000    30.00      1.569      56.0 
33      0.000   143.78
回折光学面データ
第１８面    κ＝1    Ａ2＝-7.3529E-08    Ａ4＝1.2704E-09
Ａ6＝-3.6213E-11    Ａ8＝1.4394E-13
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝2.01[°]    ｜θ｜（２次）＝1.75[°]
右辺  ＝1.43[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.41[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.42[°]
右辺  ＝0.39[°]
（２′）右辺  ＝0.35[°]【００５７】
このように、第２実施例では上記条件式（１）及び（２）を全て満たしていることが分かる。また、図７に、この第２実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。この図７に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが５．０ｍｍ以上あるため、第２実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ２は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。【００５８】
［第３実施例］
次に、第３実施例として図８に示す顕微鏡光学系ＭＳ３について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ３も、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１、両凸レンズＬ２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３とを接合した接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４から構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ５、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ６，Ｌ７、及び、平板状の光学ガラスＬ８がこの順で接合され、光学部材Ｌ６，Ｌ７の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ９と両凹レンズＬ１０とを接合した接合レンズで構成される。さらに、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ１１と両凹レンズＬ１２とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１３と両凹レンズＬ１４とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。【００５９】
このように図８に示した第３実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ３の諸元を表４に示す。なお、表４に示す面番号は、図８に示した面番号１〜２４と一致している。【００６０】
（表４）
ｆ＝20
ｆ１＝-14.2
ｆ２＝200
β＝10x
ＮＡ（物体側）＝0.2
ＮＡ（像側）＝0.02
ｄ０＝38.00
Ｄ＝8
ｈｄｏｅ＝5.54
θｄｏｅ＝17.15[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1     48.798     3.00      1.697      55.5
2    -34.514     0.20
3     37.001     3.40      1.603      65.5
4    -26.906     1.10      1.847      23.8
5   -212.805     0.20
6     24.500     3.30      1.517      64.1
7    116.697     0.70
8      0.000     2.00      1.517      64.1
9      0.000     0.06      1.528      34.7
10      0.000     0.00  10001.000      -3.5
11*     0.000     0.06      1.557      50.2
12      0.000     3.00      1.517      64.1
13      0.000     3.50
14    -23.277     3.50      1.805      25.4
15    -11.689     1.50      1.620      60.3
16     12.655   136.60
17     75.043     5.10      1.623      57.0 
18    -75.043     2.00      1.750      35.2 
19   1600.580     7.50
20     50.256     5.10      1.668      42.0 
21    -84.541     1.80      1.613      44.4 
22     36.911     5.50
23      0.000    30.00      1.569      56.0 
24      0.000   143.81
回折光学面データ
第１１面    κ＝1    Ａ2＝-4.9388E-08    Ａ4＝3.0081E-12
Ａ6＝-3.3504E-19    Ａ8＝-1.6682E-15
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝0.56[°]    ｜θ｜（２次）＝0.56[°]
右辺  ＝0.43[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.36[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.37[°]
右辺  ＝0.31[°]
（２′）右辺  ＝0.28[°]【００６１】
このように、第３実施例では上記条件式（１）及び（２）を全て満たしていることが分かる。また、図９に、この第３実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。この図９に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが１．５ｍｍ以上あるため、第３実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ３は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。【００６２】
［第４実施例］
次に、第４実施例として図１０に示す顕微鏡光学系ＭＳ４について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ４も、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と両凸レンズＬ３とを接合した接合レンズ、及び、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５とを接合した接合レンズから構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ６、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ７，Ｌ８、及び、平板状の光学ガラスＬ９がこの順で接合され、光学部材Ｌ７，Ｌ８の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ１０と両凹レンズＬ１１とを接合した接合レンズ、及び、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と両凹レンズＬ１３とを接合した接合レンズから構成される。さらに、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ１４と両凹レンズＬ１５とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１６と両凹レンズＬ１７とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。【００６３】
このように図１０に示した第４実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ４の諸元を表５に示す。なお、表５に示す面番号は、図１０に示した面番号１〜２８と一致している。【００６４】
（表５）
ｆ＝10
ｆ１＝-7.60
ｆ２＝200
β＝20x
ＮＡ（物体側）＝0.3
ＮＡ（像側）＝0.015
ｄ０＝30.60
Ｄ＝6
ｈｄｏｅ＝6.22
θｄｏｅ＝23.83[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1    234.314     3.50      1.589      61.2
2    -25.703     0.15
3     28.645     1.00      1.785      25.7
4     16.720     5.20      1.498      82.5
5    -66.437     0.15
6     15.752     1.00      1.835      42.7
7     11.342     5.00      1.589      61.2
8    121.523     0.95
9      0.000     2.50      1.517      64.1
10      0.000     0.06      1.557      50.2
11      0.000     0.00  10001.000      -3.5
12*     0.000     0.06      1.528      34.7
13      0.000     3.00      1.517      64.1
14      0.000     0.50
15      9.002     3.35      1.564      60.7
16    -39.060     1.00      1.804      39.6
17      5.900     2.90
18    -13.735     1.90      1.785      25.7
19     -5.202     1.00      1.640      60.1
20     15.201   136.30
21     75.043     5.10      1.623      57.0 
22    -75.043     2.00      1.750      35.2 
23   1600.580     7.50
24     50.256     5.10      1.668      42.0 
25    -84.541     1.80      1.613      44.4 
26     36.911     5.50
27      0.000    30.00      1.569      56.0 
28      0.000   143.82
回折光学面データ
第１２面    κ＝1    Ａ2＝-5.6000E-08    Ａ4＝3.2897E-10
Ａ6＝-4.1539E-12    Ａ8＝2.0125E-14
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝0.91[°]    ｜θ｜（２次）＝0.90[°]
右辺  ＝0.57[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.39[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.39[°]
右辺  ＝0.26[°]
（２′）右辺  ＝0.23[°]【００６５】
このように、第４実施例では上記条件式（１）及び（２）を全て満たしていることが分かる。また、図１１に、この第４実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。この図１１に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが２．０ｍｍ以上あるため、第４実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ４は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。【００６６】
［第５実施例］
次に、第５実施例として図１２に示す顕微鏡光学系ＭＳ５について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ５も、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３とを接合した接合レンズ、両凸レンズＬ４、及び、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７とを接合した接合レンズから構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ８、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ９，Ｌ１０、及び、平板状の光学ガラスＬ１１がこの順で接合され、光学部材Ｌ９，Ｌ１０の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ１２と両凹レンズＬ１３とを接合した接合レンズ、及び、両凹レンズＬ１４と両凸レンズＬ１５と両凹レンズＬ１６とを接合した接合レンズから構成される。さらに、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ１７と両凹レンズＬ１８とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ１９と両凹レンズＬ２０とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。【００６７】
このように図１２に示した第５実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ５の諸元を表６に示す。なお、表６に示す面番号は、図１２に示した面番号１〜３２と一致している。【００６８】
（表６）
ｆ＝4
ｆ１＝-5.09
ｆ２＝200
β＝50x
ＮＡ（物体側）＝0.4
ＮＡ（像側）＝0.008
ｄ０＝22.51
Ｄ＝3.2
ｈｄｏｅ＝4.56
θｄｏｅ＝19.10[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1   -120.028     3.40      1.697      55.5 
2    -20.743     0.15
3     37.941     5.35      1.498      82.5 
4    -21.400     1.00      1.720      34.7 
5    -39.959     0.15
6     24.558     3.70      1.603      65.5 
7   -143.315     0.15
8     16.120     4.35      1.498      82.5 
9    -47.354     1.00      1.804      39.6 
10      9.766     3.20      1.498      82.5 
11     38.999     1.20
12      0.000     2.50      1.517      64.1 
13      0.000     0.06      1.528      34.7 
14      0.000     0.00  10001.000      -3.5 
15*     0.000     0.06      1.557      50.2 
16      0.000     3.00      1.517      64.1 
17      0.000     0.20
18      7.350     2.80      1.498      82.5 
19    -42.071     1.00      1.804      39.6 
20      7.151     3.90
21    -10.484     0.90      1.729      54.7 
22      5.488     2.40      1.741      27.8 
23     -3.461     0.90      1.624      47.0 
24      5.396   100.00
25     75.043     5.10      1.623      57.0 
26    -75.043     2.00      1.750      35.2 
27   1600.580     7.50
28     50.256     5.10      1.668      42.0 
29    -84.541     1.80      1.613      44.4 
30     36.911     5.50
31      0.000    30.00      1.569      56.0 
32      0.000   143.82
回折光学面データ
第１５面    κ＝1    Ａ2＝-5.5556E-08    Ａ4＝-9.0940E-14
Ａ6＝-3.0689E-12    Ａ8＝1.7287E-15
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝1.20[°]    ｜θ｜（２次）＝1.23[°]
右辺  ＝1.07[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.39[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.39[°]
右辺  ＝0.37[°]
（２′）右辺  ＝0.33[°]【００６９】
このように、第５実施例では上記条件式（１）及び（２）を全て満たしていることが分かる。また、図１３に、この第５実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。この図１３に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが３．７５ｍｍ以上あるため、第５実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ５は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。【００７０】
［第６実施例］
最後に、第６実施例として図１４に示す顕微鏡光学系ＭＳ６について説明する。この顕微鏡光学系ＭＳ６も、物体側から順に、対物レンズＯＬと、第二対物レンズＩＬと、プリズムＰＲと、から構成される。また、対物レンズＯＬは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、回折光学素子ＧＤと、第２レンズ群Ｇ２と、から構成される。さらに、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、物体側に平面を向けた平凸レンズＬ２、両凸レンズＬ３と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４とを接合した接合レンズ、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６と両凸レンズＬ７とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９とを接合した接合レンズから構成される。また、回折光学素子ＧＤは、物体側から順に、平板状の光学ガラスＬ１０、それぞれ異なる樹脂材料から形成された２個の光学部材Ｌ１１，Ｌ１２、及び、平板状の光学ガラスＬ１３がこの順で接合され、光学部材Ｌ１１，Ｌ１２の接合面に回折格子パターン（回折光学面）が形成されている。すなわち、この回折光学素子ＧＤは、密着複層型の回折光学素子である。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と両凸レンズＬ１５と両凹レンズＬ１６とを接合した接合レンズ、及び、両凹レンズＬ１７と両凸レンズＬ１８と両凹レンズＬ１９とを接合した接合レンズから構成される。さらに、第二対物レンズＩＬは、物体側から順に、両凸レンズＬ２０と両凹レンズＬ２１とを接合した接合レンズ、及び、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３とを接合した接合レンズから構成される。なお、プリズムＰＲは両端が平面の光学ガラスで構成される。【００７１】
このように図１４に示した第６実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ６の諸元を表７に示す。なお、表７に示す面番号は、図１４に示した面番号１〜３６と一致している。【００７２】
（表７）
ｆ＝2
ｆ１＝-3.54
ｆ２＝200
β＝100x
ＮＡ（物体側）＝0.6
ＮＡ（像側）＝0.006
ｄ０＝12.18
Ｄ＝2.4
ｈｄｏｅ＝4.90
θｄｏｅ＝20.34[°]
ｍ      ｒ        ｄ        ｎｄ       νｄ
1    -17.818     3.20      1.729      54.6
2    -11.600     0.10
3      0.000     4.00      1.569      71.3
4    -20.743     0.10
5     45.256     5.90      1.498      82.6
6    -19.170     1.20      1.613      44.3
7    -39.808     0.10
8     29.510     4.60      1.498      82.6
9    -33.847     1.20      1.613      44.3
10     13.735     4.70      1.498      82.6
11    -80.931     0.20
12     15.883     3.90      1.498      82.6
13    -38.548     1.00      1.723      38.0
14     38.548     1.20
15      0.000     2.50      1.517      63.9
16      0.000     0.06      1.528      34.7
17      0.000     0.00  10001.000      -3.5
18*     0.000     0.06      1.557      50.2
19      0.000     3.00      1.517      63.9
20      0.000     0.20
21      8.410     1.30      1.694      53.2
22      4.811     3.50      1.434      95.0
23    -20.594     1.00      1.673      32.2
24      6.950     5.20
25    -10.080     1.00      1.788      47.4
26     11.276     1.80      1.847      23.8
27     -3.092     0.70      1.694      53.2
28      4.719   140.50
29     75.043     5.10      1.623      57.0 
30    -75.043     2.00      1.750      35.2 
31   1600.580     7.50
32     50.256     5.10      1.668      42.0 
33    -84.541     1.80      1.613      44.4 
34     36.911     5.50
35      0.000    30.00      1.569      56.0 
36      0.000   143.82
回折光学面データ
第１８面    κ＝1    Ａ2＝-4.1167E-08    Ａ4＝-8.5221E-11
Ａ6＝-7.6001E-14    Ａ8＝-3.0526E-17
条件対応値
（１）  左辺  ｜θ｜（０次）＝1.54[°]    ｜θ｜（２次）＝1.48[°]
右辺  ＝1.43[°]
（２）  左辺  ｜δθ｜（０次−１次）＝0.32[°]
｜δθ｜（２次−１次）＝0.32[°]
右辺  ＝0.34[°]
（２′）右辺  ＝0.30[°]【００７３】
このように、第６実施例では上記条件式（１）及び（２′）を満たしていることが分かる。しかしながら、条件式（２）は満たしていない。これは収差のためである。また、図１５に、この第６実施例における、０次光及び２次光（不要次数の光）によるスポットダイアグラムを示す。この図１５に示すように、不要次数の光である０次光及び２次光は、スポットの光軸からの高さが５．０ｍｍ以上あるため、第６実施例に係る顕微鏡光学系ＭＳ６は、像面においてこの０次光及び２次光によるフレアを目立たなくすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
ＭＳ  顕微鏡光学系    ＯＬ  対物レンズ    ＩＬ  第二対物レンズ
Ｇ１  第１レンズ群    ＧＤ  回折光学素子    Ｇ２  第２レンズ群
１  顕微鏡システム    １０  ステージ
１７  第１及照明光学系    １８  第２照明光学系
【図１】
2012026379.tif 000015
【図２】
2012026379.tif 000016
【図３】
2012026379.tif 000017
【図４】
2012026379.tif 000018
【図５】
2012026379.tif 000019
【図６】
2012026379.tif 000020
【図７】
2012026379.tif 000021
【図８】
2012026379.tif 000022
【図９】
2012026379.tif 000023
【図１０】
2012026379.tif 000024
【図１１】
2012026379.tif 000025
【図１２】
2012026379.tif 000026
【図１３】
2012026379.tif 000027
【図１４】
2012026379.tif 000028
【図１５】
2012026379.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月29日(2013.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、
前記対物レンズからの略平行光束を集光して前記物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、
結像に前記回折光学素子のｍ次光を使用する場合に、光軸上に位置する前記物体から出た最大ＮＡの光が前記回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する前記ｍ次光とは異なる次数の光が前記第二対物レンズに入射する角度をθとし、前記第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］としたとき、次式
【数１０】
2012026379.tif 000030
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡光学系。
【請求項２】
回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、
前記対物レンズからの略平行光束を集光して前記物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、
光軸上に位置する前記物体から出た最大ＮＡの光が前記回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する回折光のうち、結像に使用する次数の光の射出角度と不要次数の光の射出角度との差をδθとし、前記結像に使用する次数の光の射出する高さをｈｄｏｅ、射出する角度をθｄｏｅとし、前記第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］とし、前記対物レンズを構成するレンズのうち前記回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、次式
【数１１】
2012026379.tif 000031
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡光学系。
【請求項３】
前記回折光学素子は、密着複層型の回折光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡光学系。
【請求項４】
前記回折光学素子は、異なる屈折率を有する樹脂層同士の接合面に回折格子パターンが形成されており、前記樹脂層の各々は平面基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系。
【請求項５】
前記対物レンズを構成するレンズのうち前記回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群は、負の屈折力を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系。
【請求項６】
物体を載置するステージと、
前記物体を照明する照明光学系と、
前記物体からの光を集光して当該物体の像を結像する請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡光学系と、を有することを特徴とする顕微鏡システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、第２の本発明に係る顕微鏡光学系は、回折光学素子を有し、物体からの光を集光して略平行光束にする対物レンズと、この対物レンズからの略平行光束を集光して物体の像を結像する第二対物レンズと、を有し、光軸上に位置する物体から出た最大ＮＡの光が回折光学素子に入射して当該回折光学素子から射出する回折光のうち、結像に使用する次数の光の射出角度と不要次数の光の射出角度との差をδθとし、結像に使用する次数の光の射出する高さをｈｄｏｅ、射出する角度をθｄｏｅとし、第二対物レンズへの入射瞳の直径をＤ［ｍｍ］とし、対物レンズを構成するレンズのうち回折光学素子より像側にあるレンズからなるレンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、次式
【数２】
2012026379.tif 000032
の条件を満足することを特徴とする。
【国際調査報告】
2012026379.tif 000033
2012026379.tif 000034